DE2420011A1 - Elektrode fuer elektrochemische prozesse - Google Patents

Description

• Elektrode für elektrochemische Prozesse Gegenstand der Erfindung ist eine Elektrode für elektrochemische Prozesse nach Patent ... (Patentanmeldung P 24 05 010.0).
• Nach der deutschen Patentschrift ... (Patentanmeldung P 24 05 010.0) sind Elektroden für elektrochemische Zwecke mit einer aus einem Titanoxid TiO bestehenden Basis und einer wenigstens ein Metall aus der Gruppe Platin, Palladium, Iridium, Ruthenium, Osmium, Rhodium, Gold und Silber oder Verbindungen dieser Metalle, wie Oxide, Nitride und Sulfide, enthaltenden Deckschicht bekannt. Die in dem gestörten Kristallgitter der Basis substanz fest verankerte Deckschicht ist unter den Bedingungen etwa einer Elektrolysezelle gegen Ablösung und Verschleiß weitgehend beständig und ändert ihre Aktivität auch nach längerer Betriebszeit nicht. Zum Herstellen derartiger Elektroden ist es bekannt, Titan- und Titandioxidpulver im Verhältnis 7 : 1 bis 1 : 3 zu mischen, mit einem Bindemittel zu versetzen und durch Pressen zu formen. Die Preßlinge werden durch Erhitzen in einer Argonatmosphäre auf etwa 1100 -1400 0C gesintert, zerkleinert und das TiOx-Pulver zu einer Elektrodenbasis verpreßt, die in Form und Abmessung der gewünschten Elektrode entspricht. Die Basis wird anschließend gesintert und dann mit einer aktivierende Stoffe enthaltenden Deckschicht versehen. Es ist ebenfalls bekannt, in die Basis Gasabzugskanäle, Versteifungsrippen und dergleichen mittels geeigneter Preßwerkzeuge einzupressen.
• Für die Durchführung elektrochemischer Reaktionen ist es im allgemeinen vorteilhaft, zur Vermeidung einer Verschlechterung des Wirkungsgrades die Reaktionsprodukte schnell und möglichst vollständig von den Elektrodenoberflächen zu entfernen und gleichzeitig für die stetige und intensive Zuführung von frischem Elektrolyten Sorge zu tragen.
• In der wässrigen Elektrolyse von Alkalihalogeniden nach dem Quecksilberverfahren wird beispielsweise der Spannungsabfall der Zelle durch an der Anodenoberfläche haftende Gasblasen und Gasfilme in unerwünschtem Maße erhöht. Zur Vermeidung dieses Effekts sind zahlreiche, Ablösung und Transport der Gasblasen fördernde Anodenformen mit Anodenbasen aus Graphit oder aus massiven Metallen, wie z.B. Titan, vorgeschlagen worden, die wegen des erforderlichen verhältnismäßig großen Bearbeitungsaufwandes für Elektroden aus einem gesinterten Metall oder einer metallischen Verbindung weniger geeignet sind.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach herstellbare und die Gasblasenpolarisation wesentlich vermindernde Elektrodenform für Elektroden der eingangs genannten Art mit einer Basis aus einem Titanoxid TiO zu schaffen, die besonders als Anode für x die Elektrolyse von Alkalihalogeniden in Quecksilberzellen geeignet ist.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer eine rechteckige Bodenfläche aufweisenden Elektrode gelöst, in die eine Folge von sich zwischen zwei gegenüberliegenden Elektrodenseiten erstreckenden in ihrer Tiefe von der einen Seite zur gegenüberliegenden Seite gleichmäßig zunehmenden Schlitzen eingelassen ist.
• Nach bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind die Kopffläche der Elektrode ebenfalls gegen die Bodenfläche geneigt und die durch Bodenfläche und vertikale Schlitzflächen gebildeten Kanten gerundet. Nach einer weiteren Ausführungsform ist an der Elektrodenseite mit der größten Schlitztiefe eine sich bis knapp unterhalb des Elektrolytspiegels erstreckende Blende angebracht.
• Die erfindungsgemäße Elektrodenform bewirkt ein Entweichen der sich in den Schlitzen sammelnden Gasblasen an der Seite der größten Schlitztiefe, wodurch aufgrund der Gasströmung sowie der hydrostatischen Druckdifferenz in der Zelle eine frische, gasblasenarme Sole von der Elektrodenoberfläche zu deren Unterseite transportierende Zirkulationsströmung entsteht, die gleichzeitig an der Elektrodenunterseite gebildete Gasblasen mitreißt. Die verkürzte Verweilzeit der Gasblasen führt zu einer Verminderung der schädlichen Bedeckung der Elektrodenoberfläche durch Gase und damit zur Verminderung des Spannungsabfalls durch Gasblasenpolarisation.
• Die in Abhängigkeit von der jeweiligen Stromdichte einen maximalen Zirkulationseffekt ergebende Schlitzneigung sowie dßs günstigste Schlitzvolumen können durch einfache Versuche ermittelt werden. Das Schlitzvolumen ist der verwendeten Stromdichte oder der in der Zeiteinheit gebildeten Gasmenge direkt proportional, die Schlitzneigung für in horizontalen Quecksilberzellen verwendeten Anoden etwa 1 bis 150. Noch größere Neigungswinkel erbringen keine zusätzlichen Vorteile, da mit zunehmendem Austrittsquerschnitt der Schlitze die Strömungsgeschwindigkeit und damit die Elektrolytzirkulation abnimmt. Die Anordnung einer sich bis knapp an den Elektrolytspiegel erstreckenden, an der Elektrodenseite mit der größten Schlitztiefe befestigten Blende, durch die ein schlitzförmiger Kanal zwischen Blende und Zellenwandung bzw. zwischen den Blenden zweier benachbarter Elektroden gebildet wird, ergibt einen die Zirkulation verstärkenden zusätzlichen Auftrieb.
• Die Herstellung geschlitzter Elektrodenformen aus massiven Metallen, wie z.B. Titan, erfordert einen hohen Bearbeitungsaufwand und bedingt größere Materialverluste. Metallbleche, wie z.B. Titanbleche, sind wegen der mangelhaften mechanischen Stabilität für diese vorteilhafte Elektrodenform ebenfalls nicht geeignet. Schließlich wird die Schlitz länge von Elektroden aus einem nicht-dimensionsstabilen Werkstoff, wie z.B. Graphit, durch Abbrand oder Abrieb im Verlaufe des Elektrolyseprozesses verkürzt, wodurch der Zirkulationseffekt mit der Betriebszeit zunehmend geringer wird.
• Erfindungsgemäße Elektroden sind für Elektrolysen jeder Art geeignet, z.B. die Elektrolyse von Chlorwasserstoffsäure und von Wasser, insbesondere aber für die wässrige Chloralkalielektrolyse nach dem Quecksilberverfahren.
• Zur Herstellung erfindungsgemäßer Elektrodenformen werden Titan- und Titandioxidpulver im Verhältnis 7 : 1 bis 1 : 3 und einer Korngröße von beispielsweise s 0,06 /um bzw. < 0,01 /um mit einem Bindemittel, wie z.B. einer wässrigen Polyvinylalkohol lösung gemischt und mit einem Druck von ca. 50 kp/cm2 zu brikettähnlichen Körpern verpreßt, die nach einer Trocknung bei einer Temperatur von ca. 105 - 120 0C 0 in einer Argonatmosphäre auf etwa 1200 - 1400 C erhitzt werden, wobei die Ausgangsstoffe unter Bildung eines Titanoxids TiO mit x = 0,25 bis 1,50 reagieren.
• x Die Vorpreßlinge werden dann gebrochen und gemahlen.
• Zum Herstellen der Elektrodenbasis wird das Pulver dann mit einem Druck von ca. 300 - 2500 kp/cm2in einem Gesenk verpreßt, das eine Folge von Stegen aufweist, deren Breite, Höhe und Neigung unter Berücksichtigung des Sinterschwundes den gewünschten Schlitzformen und Maßen entspricht. Die Platten werden dann in einer Argonatmosphäre auf 1100 - 14000C erhitzt und nach dem Abkühlen mit einer Aktivierungsschicht versehen. Ausführungsformen sind in Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert.
• Es zeigen Fig. 1 - eine Ausführungsform mit paralleler Kopf-und Bodenfläche Fig. 2 - eine Ausführungsform mit geneigter Kopffläche Fig. 3 - den Strömungsverlauf von Sole und Gasblasen.
• 1 ist eine Elektrode aus gesintertem Titanoxid TiOX.
• Zeichnerisch nicht dargestellt sind die aktivierende Stoffe enthaltende Deckschicht sowie die Verbindung der Elektrode mit der Stromquelle. Zwischen den Seiten 3 und 4 der Elektrode erstrecken sich gegen die Bodenfläche geneigte Schlitze 2, deren Tiefe an der Seite 3 kleiner ist als an der Seite 4.
• Hinsichtlich des Materialaufwandes ist die Elektrodenform nach Fig. 2 vorteilhaft, nach der die Kopffläche 5 ebenfalls gegen die Bodenfläche geneigt ist. Die Neigung der Kopffläche entspricht zweckmäßig der Schlitzneigung. Zur Vergrößerung des Gasblasenauftriebs ist an der Elektrodenseite 4 das Titanblech 6 befestigt, das sich bis knapp unter den nicht dargestellten Elektrolytspiegel erstreckt.
• In Fig. 3 ist 7 der mit einem Elektrolyten gefüllte Trog, in den die Elektrode 1 eintaucht. Die an der Seite 4 aufsteigenden Gasblasen bewirken eine Bewegung des verbrauchten Elektrolyten in der gleichen Richtung, während frische, gasblasenarme Sole von der Oberseite 5 der Elektrode nach unten strömt, die an der Elektrodenunterseite gebildeten Gasblasen ablöst und. als gasblasenreiche Sole zwischen der Fläche 4 und der Trogwand aufsteigt.
• Der Spannungsabfall einer horizontalen Chloralkalizelle mit Quecksilberkathode und einer Anode in der Ausführung nach Fig. 1 betrug bei einer Stromdichte von 10 kA/m2 und einem K-Wert von 0,09 V m2/kA 4,0 bis 4,1 V. Unter den gleichen Bedingungen war der Spannungsabfall einer Zelle mit einer aus einer Folge parallel angeordneter, vertikaler Titanbänder bestehender Anode 4,25 bis 4,30 V.
• .5 Patentansprüche 3 Figuren

Claims (5)

1. Patentansprüche 1. Elektrode für elektrochemische Prozesse nach Patent ... (Patentanmeldung P 24 05 010.0) dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß in die rechteckige Bodenfläche der Elektrode eine Folge von sich zwischen gegenüberliegenden Elektrodenseiten erstreckenden in ihrer Tiefe von der einen Seite zur gegenüberliegenden Seite gleichmäßig zunehmenden Schlitzen eingelassen ist.
2. 2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Kopffläche der Elektroden gegen die Bodenfläche geneigt ist.
3. 3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 1 und 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die durch Bodenfläche und vertikale Schlitzflächen gebildeten Kanten gerundet sind.
4. 4. Elektrode nach einem oder mehreren der vorgehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß an der die größte Schlitztiefe aufweisenden Elektrodenseite eine sich bis knapp unter den Elektrolytspiegel erstreckende Blende befestigt ist.
5. 5. Verwendung einer Elektrode nach Anspruch 1 bis 3 als Anode in einer Elektrolysezelle mit einer Quecksilberkathode.